مدل سازي آماري و بهينه سازي فرآيند هيدروژن زدايي اكسايشي پروپان با استفاده از كاتاليست موليبدن بر پايه گاما آلومينا

Statistical modeling and optimization of propane oxidative dehydrogenation process using gamma alumina based on molybdenum catalyst

رشد شديد تقاضاي جهاني براي پروپيلن، موجب مطالعات و تحقيقات گسترده اي جهت يافتن روش هاي جايگزين به صرفه تر و با مصرف كمتر انرژي و بازده مناسب گرديده است. در اين پژوهش از گاما آلومينا به عنوان پايه ي كاتاليست هاي موليبدن در فرآيند هيدروژن زدايي اكسايشي پروپان، جهت توليد پروپيلن استفاده شده است. كاتاليست ها به روش تلقيح مرطوب تهيه شده است. به منظور ارزيابي و تعيين دقيق مشخصات كاتاليست هاي ساخته شده، آناليزهاي FTIR، XRD، BET، SEM و XRF انجام گرفته است. از طراحي آزمايش به روش مركب مركزي براي بررسي تاثير پارامترهاي دماي واكنش، درصد بارگذاري موليبدن، نسبت پروپان به اكسيژن و همچنين بررسي تاثير برهمكنش بين آن ها در توليد پروپيلن طي فرآيند هيدروژن زدايي اكسايشي پروپان استفاده شد. براي اين منظور از بارگذاري موليبدن در محدوده 16-4 درصد وزني، نسبت پروپان به اكسيژن در محدوده 3-1 و دما در محدوده ي 540-380 درجه سلسيوس به عنوان متغيرهاي ورودي روش مركب مركزي استفاده شد. پس از انجام آزمون راكتوري و تحليل نتايج توسط نرم افزار طراحي آزمايش مشاهده شد، مدل هاي پيش بيني شده براي درصد تبديل پروپان، درصد گزينش پذيري پروپيلن و درصد بازده هيدروژن زدايي اكسايشي با دقت 95% موردقبول است. حالت بيشينه درصد بازده هيدروژن زدايي اكسايشي با مقدار 14/02 درصد در دماي 487 درجه سلسيوس، 11/22 درصد بارگذاري موليبدن و نسبت پروپان به اكسيژن 1/5 به دست آمد كه در حالت آزمايشگاهي توانست با دقت 94% نسبت به حالت پيشنهادي بهينه مدل طراحي آزمايش حاصل شود.

Due to increase in global demand of propylene, many extensive studies and research have been done to find alternative method for lower energy consumption and efficiency. In this research, gamma alumina is used for molybdenum catalyst base in oxidative dehydrogenation process of propane, in order to produce the propylene. The catalysts are prepared based on wet impregnation method. The analysis of FTIR, XRD, BET, SEM, and XRF are done to evaluate and determine the characteristics of prepared catalysts. Central composition method is employed to study the influence of reaction temperature, molybdenum loading percentage, oxygen to propane ratio, and the effect of interactions between them in propylene production. The molybdenum in the range of 4-16%, propane to oxygen ratio in the range of 1-3%, and temperature in the range of 380-540 ºC are the input parameters of the central composite method. Finally, according to reactor test and analysis of the results of the Design expert software, it is shown that the predicted models for propane conversion, propylene selectivity, and efficiency persentage of oxidation dehydrogenation are about 95%. Maximum of efficiency percentage with a value of 14.02% is obtained at 487 ºC, 11.22% molybdenum percentage, and propane to oxygen ratio of 1.5, which in experimental results, achieving an accuracy of 94% is possible as compared to the optimal design of the test design model.